Mit einem Festakt in der Wiener Hofburg haben 500 europäische Wissenschaftler ein milliardenschweres Forschungsprogramm zur Entwicklung von Quantentechnologien gestartet. Ziel des so genannten Quantenflaggschiffs ist, bizarre Phänomene aus dem Mikrokosmos technisch nutzbar zu machen. Das könnte langfristig zu ultraempfindlichen Sensoren, abhörsicheren Kommunikationsnetzwerken und kommerziell einsetzbaren Quantencomputern führen.

Die Europäische Union lässt sich diese Vision 500 Millionen Euro kosten, weitere 500 Millionen sollen die Mitgliedsstaaten aufbringen. Das Geld wird allerdings auf zehn Jahre und Dutzende Forschergruppen verteilt werden. Nach einem ähnlichen Muster fördert Brüssel bereits die Erforschung des Wundermaterials Graphen sowie im Rahmen des Human Brain Project die Entwicklung von Technologien für die Neurowissenschaft. Die beiden älteren Forschungsflaggschiffe sind bereits 2013 losgesegelt.

Konkurrenz in Übersee

Mit dem nun gestarteten Quantenflaggschiff reagiert die Europäische Union einerseits auf Entwicklungen in Übersee: Insbesondere in Nordamerika und Asien investieren Regierungen und Unternehmen seit Jahren hohe Summen in Quantentechnologien, was zu Fortschritten bei der Entwicklung von Quantencomputern und Quantensatelliten geführt hat. Andererseits will die EU physikalische Grundlagenforschung und Industrie stärker vernetzen: Bisher gibt es in Europa nur wenige Firmen, die Produkte auf Basis der Quantenphysik entwickeln.

Die Handhabe einzelner Quantenobjekte soll bald jedoch entscheidend für die Weiterentwicklung von Digitaltechnologien werden, prognostizieren Experten: Wer beispielsweise einzelne Lichtteilchen zielgenau steuert und verändert, kann abhörsichere Netzwerke konstruieren – denn jede Messung an solch einem Quantenobjekt hinterlässt Spuren.

Wer hingegen einzelne Atome einsperrt und kontrolliert, kann Computer bauen, die bestimmte Probleme schneller lösen als herkömmliche Rechner, denn mehrere Quantenobjekte lassen sich geschickt »verschränken«. Das bringt Vorteile bei ausgewählten Rechenaufgaben, beispielsweise der Primfaktorzerlegung, auf der heutige Verschlüsselungen basieren.

Anschub für die angewandte Quantenphysik

Das Quantenflaggschiff der EU soll in allen Bereichen der Quantenphysik Impulse setzen. Die Bekanntgabe der ersten 20 Forschungscluster, die binnen der nächsten drei Jahre insgesamt 132 Millionen Euro erhalten sollen, unterstreicht das: An ihnen sind jeweils mehrere europäische Universitäten und auch Partner aus der Industrie beteiligt, quer durch alle Bereiche der Quantenphysik. Insgesamt hatten Wissenschaftler aus ganz Europa 141 Clusterkonzepte eingereicht.

Die Fördersummen für einzelne Forschergruppen sind dabei eher überschaubar. Sie dürften auch symbolischen Charakter haben und sollen staatliche Förderer und Industriepartner zu weiteren Investitionen bewegen. Am Ende soll in jedem Fall etwas herauskommen, was international mithalten kann und in Richtung Anwendung führt.

So bauen die geförderten Projekte oft auf der Arbeit von bereits namhaften Instituten auf. Beispielsweise koordiniert der Garchinger Max-Planck-Forscher Immanuel Bloch im Rahmen des Flaggschiffs einen Verbund zur Quantensimulator-Forschung. Bloch zählt weltweit zu den führenden Experten auf diesem Gebiet. Die Universität Innsbruck leitet hingegen den Cluster, der eine Förderung für die Entwicklung von Ionenfallen erhält, mit denen sich Quantencomputer bauen ließen. Die Innsbrucker genießen auf diesem Gebiet bereits großes Renommee und sollen ihre Stellung im Rahmen des Flaggschiffs wohl ausbauen.

Quantencomputer und Quantensimulatoren spielen insgesamt jedoch eher eine Nebenrolle im Quantenflaggschiff, zumindest in den ersten drei Jahren: Der Schwerpunkt liegt klar auf der Grundlagenforschung, sieben Cluster werden diesem Schlagwort zugeordnet. Vier Verbundprojekte widmen sich derweil dem Bereich der Quantenkommunikation, vier der Quantenmesstechnik. Sie gilt vielen Beobachtern als greifbarste Quantenanwendung, die am ehesten von der Industrie aufgegriffen werden könnte.

Gießkanne statt »Moonshot«

Nur zwei Cluster zielen auf die Entwicklung von Quantencomputern. Neben den Innsbruckern hat ein Projekt namens OpenSuperQ, das von der Universität des Saarlandes koordiniert wird, den Zuschlag erhalten. Hier soll es um supraleitende Schaltkreise statt um Ionenfallen gehen – sie gelten als zweite viel versprechende Technik auf dem Weg zu einem vollwertigen Quantencomputer. Eine Forschungsgruppe von Google hat mit diesem Ansatz in den vergangenen Jahren große Fortschritte gemacht.

Dass es nicht noch mehr Projekte zum Thema Quantencomputer gibt, ist für manchen Forscher eine verpasste Chance. Man hätte lieber alle Mittel des Flaggschiffs in diese Forschungsrichtung stecken sollen, sagte etwa Lieven Vandersypen von der Technischen Universität Delft dem Wissenschaftsmagazin »Nature«. Statt solch einen »Moonshot« zu probieren, verteile die EU ihre Fördergelder nun nach dem Gießkannenprinzip.

Für Verteidiger des Flaggschiff-Konzepts wäre aber gerade der Fokus auf eine weit entfernte Anwendung ein unverantwortliches Risiko: Die Quantencomputer-Forschung steht seit Jahren unter Hype-Verdacht. Aus Sicht von Experten ist keinesfalls ausgemacht, dass die Geräte irgendwann auch wirklich Marktreife erlangen – am Ende könnte es zu aufwändig sein, große Quantenensembles von der Umwelt zu isolieren und die Rechenfehler auszubügeln.

Auch so dürfte das Quantenflaggschiff bereits mit Risiken einhergehen: Selbst mit der auf mehrere Anwendungsfelder geteilten Förderstruktur ist es laut Aussage der Organisatoren ein »high risk, high gain«-Projekt. Fest steht, dass es Europa mittlerweile ernst meint mit der Vision, nach Laser, Halbleiter und Co eine weitere Quantenrevolution anzustoßen oder zumindest mit der internationalen Konkurrenz gleichzuziehen: So hat die deutsche Regierung im Mai 2018 bekannt gegeben, die Quantentechnologien bis zum Ende dieser Legislaturperiode mit 650 Millionen Euro zu fördern. Wie viel davon dazu dienen wird, das nun gestartete Flaggschiff zu unterstützen, ist bisher nicht bekannt.